JPH06350138A - 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒素−３族元素化合物半導体発光素子Info
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- JPH06350138A JPH06350138A JP16402293A JP16402293A JPH06350138A JP H06350138 A JPH06350138 A JP H06350138A JP 16402293 A JP16402293 A JP 16402293A JP 16402293 A JP16402293 A JP 16402293A JP H06350138 A JPH06350138 A JP H06350138A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】pn接合型AlGaInN 発光ダイオードにおける製造
効率の向上。 【構成】サファイア基板１に、順に、500 ÅのAlN のバ
ッファ層２、膜厚約３μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシ
リコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、膜
厚約5000Å、電子濃度1 ×1016/cm3のノンドープGaN か
ら成る低キャリア濃度ｎ層４、膜厚約0.5 μｍ、ホール
濃度1 ×1016/cm3のMgドープGaN から成る低キャリア濃
度ｐ層５１、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3
の高キャリア濃度ｐ+ 層５２が形成されている。ｐ層５
１及びｐ+ 層５２はMgをドープした後、ウエハの全面に
面状に広がったレーザを照射して形成した。
効率の向上。 【構成】サファイア基板１に、順に、500 ÅのAlN のバ
ッファ層２、膜厚約３μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシ
リコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、膜
厚約5000Å、電子濃度1 ×1016/cm3のノンドープGaN か
ら成る低キャリア濃度ｎ層４、膜厚約0.5 μｍ、ホール
濃度1 ×1016/cm3のMgドープGaN から成る低キャリア濃
度ｐ層５１、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3
の高キャリア濃度ｐ+ 層５２が形成されている。ｐ層５
１及びｐ+ 層５２はMgをドープした後、ウエハの全面に
面状に広がったレーザを照射して形成した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は青色発光の窒素−３族元
素化合物半導体発光素子に関する。
素化合物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、青色の発光ダイオードとしてGaN 系
の化合物半導体を用いたものが知られている。そのGaN
系の化合物半導体は直接遷移型であることから発光効率
が高いこと、光の３原色の１つである青色を発光色とす
ること等から注目されている。
の化合物半導体を用いたものが知られている。そのGaN
系の化合物半導体は直接遷移型であることから発光効率
が高いこと、光の３原色の１つである青色を発光色とす
ること等から注目されている。
【０００３】最近、GaN においても、Mgをドープして電
子線を照射することによりｐ型のGaN が得られることが
明らかとなった。この結果、従来のｎ層と半絶縁層（ｉ
層）との接合に換えてｐｎ接合を有するGaN 発光ダイオ
ードが提案されている。
子線を照射することによりｐ型のGaN が得られることが
明らかとなった。この結果、従来のｎ層と半絶縁層（ｉ
層）との接合に換えてｐｎ接合を有するGaN 発光ダイオ
ードが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のｐｎ接
合を有する発光ダイオードは、ｐ型のGaN を得る時に、
細く絞った電子ビームを走査しながら基板上に照射する
ものであって、大量生産するには不向きであり、他の手
段が望まれている。そこで、本発明の目的は、ｐｎ接合
型の窒素−３族元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,
Y=0,X=Y=0 を含む) 発光ダイオードの製造効率を向上さ
せることである。
合を有する発光ダイオードは、ｐ型のGaN を得る時に、
細く絞った電子ビームを走査しながら基板上に照射する
ものであって、大量生産するには不向きであり、他の手
段が望まれている。そこで、本発明の目的は、ｐｎ接合
型の窒素−３族元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,
Y=0,X=Y=0 を含む) 発光ダイオードの製造効率を向上さ
せることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ｎ型の窒素−
３族元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) からなるｎ層と、ｐ型の窒素−３族元素化合物
半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) からな
るｐ層とを有する窒素−３族元素化合物半導体発光素子
において、ｐ層はマグネシウム(Mg)を添加した後、ウエ
ハの全面に面状に広がったレーザを照射して形成したこ
とを特徴とする。
３族元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) からなるｎ層と、ｐ型の窒素−３族元素化合物
半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) からな
るｐ層とを有する窒素−３族元素化合物半導体発光素子
において、ｐ層はマグネシウム(Mg)を添加した後、ウエ
ハの全面に面状に広がったレーザを照射して形成したこ
とを特徴とする。
【０００６】上記のｐｎ接合に直接関与するｎ型の層及
びp 型の層は、キャリア濃度が 1×1014〜1 ×1016/cm3
の範囲で略等しいことが望ましい。
びp 型の層は、キャリア濃度が 1×1014〜1 ×1016/cm3
の範囲で略等しいことが望ましい。
【０００７】
【発明の作用及び効果】本発明は、ｐ層とｎ層とを有す
る発光ダイオードにおいて、ｐ層をマグネシウム(Mg)を
添加した後、面状に広がったレーザを照射して形成して
いるので、製造時間が極めて短縮され、効率の良い多量
生産が可能となる。
る発光ダイオードにおいて、ｐ層をマグネシウム(Mg)を
添加した後、面状に広がったレーザを照射して形成して
いるので、製造時間が極めて短縮され、効率の良い多量
生産が可能となる。
【０００８】
【実施例】第１実施例 図１において、発光ダイオード１０は、サファイア基板
１を有しており、そのサファイア基板１に500 ÅのAlN
のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２の
上には、順に、膜厚約３μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3の
シリコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、
膜厚約5000Å、電子濃度1 ×1016/cm3のノンドープGaN
から成る低キャリア濃度ｎ層４が形成されている。更
に、低キャリア濃度ｎ層４の上には、順に、膜厚約0.5
μｍ、ホール濃度1 ×1016/cm3のMgドープGaN から成る
低キャリア濃度ｐ層５１、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度
2×1017/cm3の高キャリア濃度ｐ+ 層５２が形成されて
いる。そして、高キャリア濃度ｐ+ 層５２に接続するニ
ッケルで形成された電極７と高キャリア濃度ｎ+ 層３に
接続するニッケルで形成された電極８とが形成されてい
る。電極８と電極７とは、溝９により電気的に絶縁分離
されている。
１を有しており、そのサファイア基板１に500 ÅのAlN
のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２の
上には、順に、膜厚約３μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3の
シリコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、
膜厚約5000Å、電子濃度1 ×1016/cm3のノンドープGaN
から成る低キャリア濃度ｎ層４が形成されている。更
に、低キャリア濃度ｎ層４の上には、順に、膜厚約0.5
μｍ、ホール濃度1 ×1016/cm3のMgドープGaN から成る
低キャリア濃度ｐ層５１、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度
2×1017/cm3の高キャリア濃度ｐ+ 層５２が形成されて
いる。そして、高キャリア濃度ｐ+ 層５２に接続するニ
ッケルで形成された電極７と高キャリア濃度ｎ+ 層３に
接続するニッケルで形成された電極８とが形成されてい
る。電極８と電極７とは、溝９により電気的に絶縁分離
されている。
【０００９】次に、この構造の発光ダイオード１０の製
造方法について説明する。上記発光ダイオード１０は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3 とキャリアガスH2とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)
（以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニウム(Al
(CH3)3)（以下「TMA 」と記す) とシラン(SiH4)とビス
シクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下
「CP2Mg 」と記す）である。
造方法について説明する。上記発光ダイオード１０は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3 とキャリアガスH2とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)
（以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニウム(Al
(CH3)3)（以下「TMA 」と記す) とシラン(SiH4)とビス
シクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下
「CP2Mg 」と記す）である。
【００１０】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
Ａ面を主面とする単結晶のサファイア基板１をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
Ａ面を主面とする単結晶のサファイア基板１をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
【００１１】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給してAlN のバッファ層２が約 500Åの厚
さに形成された。次に、サファイア基板１の温度を1150
℃に保持し、H2を10 liter／分、NH3 を 5 liter／分、
TMG を 3.7×10-4モル／分、H2で0.86ppm まで希釈した
シラン(SiH4)を 750 ml/分の割合で15分間供給し、膜厚
約 3μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のGaN から成る高キャ
リア濃度ｎ+ 層３を形成した。
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給してAlN のバッファ層２が約 500Åの厚
さに形成された。次に、サファイア基板１の温度を1150
℃に保持し、H2を10 liter／分、NH3 を 5 liter／分、
TMG を 3.7×10-4モル／分、H2で0.86ppm まで希釈した
シラン(SiH4)を 750 ml/分の割合で15分間供給し、膜厚
約 3μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のGaN から成る高キャ
リア濃度ｎ+ 層３を形成した。
【００１２】続いて、サファイア基板１の温度を1150℃
に保持し、H2を10 liter／分、NH3を 5 liter／分、TMG
を1.8 ×10-4モル／分の割合で 5分間供給し、膜厚約5
000Å、電子濃度 1×1016/ cm3 のGaN から成る低キャ
リア濃度ｎ層４を形成した。
に保持し、H2を10 liter／分、NH3を 5 liter／分、TMG
を1.8 ×10-4モル／分の割合で 5分間供給し、膜厚約5
000Å、電子濃度 1×1016/ cm3 のGaN から成る低キャ
リア濃度ｎ層４を形成した。
【００１３】次に、サファイア基板１を1150℃にして、
Ｈ2 を10 liter／分、NH3 を 5 liter／分、TMG を 1.8
×10-4モル／分、CP2Mg を 4.3×10-7モル／分の割合で
5分間供給して、膜厚0.5 μｍのGaN から成る低キャリ
ア濃度ｐ層５１を形成した。この状態では、低キャリア
濃度ｐ層５１は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体で
ある。
Ｈ2 を10 liter／分、NH3 を 5 liter／分、TMG を 1.8
×10-4モル／分、CP2Mg を 4.3×10-7モル／分の割合で
5分間供給して、膜厚0.5 μｍのGaN から成る低キャリ
ア濃度ｐ層５１を形成した。この状態では、低キャリア
濃度ｐ層５１は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体で
ある。
【００１４】次に、サファイア基板１を1150℃にして、
Ｈ2 を10 liter／分、NH3 を 5 liter／分、TMG を 1.8
×10-4モル／分、CP2Mg を 8×10-7モル／分の割合で 2
分間供給して、膜厚0.2 μｍのGaN から成る高キャリア
濃度ｐ+ 層５２を形成した。この状態では、高キャリア
濃度ｐ+ 層５２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体
である。
Ｈ2 を10 liter／分、NH3 を 5 liter／分、TMG を 1.8
×10-4モル／分、CP2Mg を 8×10-7モル／分の割合で 2
分間供給して、膜厚0.2 μｍのGaN から成る高キャリア
濃度ｐ+ 層５２を形成した。この状態では、高キャリア
濃度ｐ+ 層５２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体
である。
【００１５】次に、面状に広がったレーザを照射できる
レーザ照射装置を用いて、上記の高キャリア濃度ｐ+ 層
５２及び低キャリア濃度ｐ層５１に一様に波長248nm の
KrFのエキシマレーザを照射した。レーザの照射条件
は、エネルギー密度0.38J/cm2である。このレーザの照
射により、低キャリア濃度ｐ層５１は、ホール濃度 1×
1016/cm3、抵抗率40Ωcmのｐ伝導型半導体となり、高キ
ャリア濃度ｐ+ 層５２は、ホール濃度 2×1017/cm3、抵
抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。このようにし
て、図２に示すような多層構造のウエハが得られた。
レーザ照射装置を用いて、上記の高キャリア濃度ｐ+ 層
５２及び低キャリア濃度ｐ層５１に一様に波長248nm の
KrFのエキシマレーザを照射した。レーザの照射条件
は、エネルギー密度0.38J/cm2である。このレーザの照
射により、低キャリア濃度ｐ層５１は、ホール濃度 1×
1016/cm3、抵抗率40Ωcmのｐ伝導型半導体となり、高キ
ャリア濃度ｐ+ 層５２は、ホール濃度 2×1017/cm3、抵
抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。このようにし
て、図２に示すような多層構造のウエハが得られた。
【００１６】以下に述べられる図３から図７は、ウエハ
上の１つの素子のみを示す断面図であり、実際は、この
素子が連続的に繰り返されたウエハについて、処理が行
われ、その後、各素子毎に切断される。
上の１つの素子のみを示す断面図であり、実際は、この
素子が連続的に繰り返されたウエハについて、処理が行
われ、その後、各素子毎に切断される。
【００１７】図３に示すように、高キャリア濃度ｐ+ 層
５２の上に、スパッタリングによりSiO2層１１を2000Å
の厚さに形成した。次に、そのSiO2層１１上にフォトレ
ジスト１２を塗布した。そして、フォトリソグラフによ
り、高キャリア濃度ｐ+ 層５２上において、高キャリア
濃度ｎ+ 層３に至るように形成される孔１５に対応する
電極形成部位Ａとその電極形成部を高キャリア濃度ｐ+
層５２の電極と絶縁分離する溝９を形成する部位Ｂのフ
ォトレジストを除去した。
５２の上に、スパッタリングによりSiO2層１１を2000Å
の厚さに形成した。次に、そのSiO2層１１上にフォトレ
ジスト１２を塗布した。そして、フォトリソグラフによ
り、高キャリア濃度ｐ+ 層５２上において、高キャリア
濃度ｎ+ 層３に至るように形成される孔１５に対応する
電極形成部位Ａとその電極形成部を高キャリア濃度ｐ+
層５２の電極と絶縁分離する溝９を形成する部位Ｂのフ
ォトレジストを除去した。
【００１８】次に、図４に示すように、フォトレジスト
１２によって覆われていないSiO2層１１をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。次に、図５に示すように、
フォトレジスト１２及びSiO2層１１によって覆われてい
ない部位の高キャリア濃度ｐ+ 層５２とその下の低キャ
リア濃度ｐ層５１、低キャリア濃度ｎ層４、高キャリア
濃度ｎ+ 層３の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電
力0.44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドラ
イエッチングした後、Arでドライエッチングした。この
工程で、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極取出しの
ための孔１５と絶縁分離のための溝９が形成された。
１２によって覆われていないSiO2層１１をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。次に、図５に示すように、
フォトレジスト１２及びSiO2層１１によって覆われてい
ない部位の高キャリア濃度ｐ+ 層５２とその下の低キャ
リア濃度ｐ層５１、低キャリア濃度ｎ層４、高キャリア
濃度ｎ+ 層３の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電
力0.44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドラ
イエッチングした後、Arでドライエッチングした。この
工程で、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極取出しの
ための孔１５と絶縁分離のための溝９が形成された。
【００１９】次に、図６に示すように、高キャリア濃度
ｐ+ 層５２上に残っているSiO2層１１をフッ化水素酸で
除去した。次に、図７に示すように、試料の上全面に、
Ni層１３を蒸着により形成した。これにより、孔１５に
は、高キャリア濃度ｎ+ 層３に電気的に接続されたNi層
１３が形成される。そして、そのNi層１３の上にフォト
レジスト１４を塗布して、フォトリソグラフにより、そ
のフォトレジスト１４が高キャリア濃度ｎ+ 層３及び高
キャリア濃度ｐ+ 層５２に対する電極部が残るように、
所定形状にパターン形成した。
ｐ+ 層５２上に残っているSiO2層１１をフッ化水素酸で
除去した。次に、図７に示すように、試料の上全面に、
Ni層１３を蒸着により形成した。これにより、孔１５に
は、高キャリア濃度ｎ+ 層３に電気的に接続されたNi層
１３が形成される。そして、そのNi層１３の上にフォト
レジスト１４を塗布して、フォトリソグラフにより、そ
のフォトレジスト１４が高キャリア濃度ｎ+ 層３及び高
キャリア濃度ｐ+ 層５２に対する電極部が残るように、
所定形状にパターン形成した。
【００２０】次に、図７に示すようにそのフォトレジス
ト１４をマスクとして下層のNi層１３の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングした。この時、絶縁分離のた
めの溝９に蒸着されたNi層１３は、完全に除去される。
次に、フォトレジスト１４をアセトンで除去し、高キャ
リア濃度ｎ+ 層３の電極８、高キャリア濃度ｐ+ 層５２
の電極７が残された。その後、上記の如く処理されたウ
エハは、各素子毎に切断され、図１に示すｐｎ構造の窒
化ガリウム系発光素子を得た。
ト１４をマスクとして下層のNi層１３の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングした。この時、絶縁分離のた
めの溝９に蒸着されたNi層１３は、完全に除去される。
次に、フォトレジスト１４をアセトンで除去し、高キャ
リア濃度ｎ+ 層３の電極８、高キャリア濃度ｐ+ 層５２
の電極７が残された。その後、上記の如く処理されたウ
エハは、各素子毎に切断され、図１に示すｐｎ構造の窒
化ガリウム系発光素子を得た。
【００２１】又、マグネシウムをドープしたGaN の一部
をマスクして上記のレーザを面状に一様に照射した。そ
して、その照射部と非照射部とに、He-Cd レーザを照射
してフォトルミッネッセンス強度を測定した。その結果
を図１７に示す。曲線Ａ１、Ａ２は、それぞれ、エネル
ギー密度2.4J/cm2、0.38J/cm2 のレーザを照射した部分
のフォトルミッネッセンス強度の波長特性、曲線Ｂは、
レーザの非照射部分のフォトルミッネッセンス強度の波
長特性を表す。電子ビームを照射した部分は、照射しな
い部分に比べてフォトルミネッセンス強度が 1.3倍に強
くなっていることが分かる。
をマスクして上記のレーザを面状に一様に照射した。そ
して、その照射部と非照射部とに、He-Cd レーザを照射
してフォトルミッネッセンス強度を測定した。その結果
を図１７に示す。曲線Ａ１、Ａ２は、それぞれ、エネル
ギー密度2.4J/cm2、0.38J/cm2 のレーザを照射した部分
のフォトルミッネッセンス強度の波長特性、曲線Ｂは、
レーザの非照射部分のフォトルミッネッセンス強度の波
長特性を表す。電子ビームを照射した部分は、照射しな
い部分に比べてフォトルミネッセンス強度が 1.3倍に強
くなっていることが分かる。
【００２２】尚、上記実施例で用いたマグネシウムMgの
ドーピングガスは、上述のガスの他、メチルビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウムMg(C6H7)2 を用いても良
い。
ドーピングガスは、上述のガスの他、メチルビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウムMg(C6H7)2 を用いても良
い。
【００２３】上記低キャリア濃度ｎ層４の電子濃度は1
×1014〜 1×1016／cm3 で膜厚は 0.5〜 2μｍが望まし
い。電子濃度が 1×1016／cm3 以上となると発光強度が
低下するので望ましくなく、 1×1014／cm3 以下となる
と発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱
するので望ましくない。又、膜厚が 2μｍ以上となると
発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱す
るので望ましくなく、膜厚が 0.5μｍ以下となると発光
強度が低下するので望ましくない。
×1014〜 1×1016／cm3 で膜厚は 0.5〜 2μｍが望まし
い。電子濃度が 1×1016／cm3 以上となると発光強度が
低下するので望ましくなく、 1×1014／cm3 以下となる
と発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱
するので望ましくない。又、膜厚が 2μｍ以上となると
発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱す
るので望ましくなく、膜厚が 0.5μｍ以下となると発光
強度が低下するので望ましくない。
【００２４】更に、高キャリア濃度ｎ+ 層３の電子濃度
は 1×1016〜 1×1019／cm3 で膜厚は 2〜10μｍが望ま
しい。電子濃度が 1×1019／cm3 以上となると結晶性が
悪化するので望ましくなく、 1×1016／cm3 以下となる
と発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱
するので望ましくない。又、膜厚が10μｍ以上となると
基板が湾曲するので望ましくなく、膜厚が 2μｍ以下と
なると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと
発熱するので望ましくない。
は 1×1016〜 1×1019／cm3 で膜厚は 2〜10μｍが望ま
しい。電子濃度が 1×1019／cm3 以上となると結晶性が
悪化するので望ましくなく、 1×1016／cm3 以下となる
と発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱
するので望ましくない。又、膜厚が10μｍ以上となると
基板が湾曲するので望ましくなく、膜厚が 2μｍ以下と
なると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと
発熱するので望ましくない。
【００２５】又、上記低キャリア濃度ｐ層５１のホール
濃度は1 ×1014〜 1×1016／cm3 で膜厚は0.2 〜1 μｍ
が望ましい。ホール濃度が 1×1016／cm3 以上となる
と、低キャリア濃度ｎ層４とのマッチングが悪くなり発
光効率が低下するので望ましくなく、 1×1014／cm3 以
下となると、直列抵抗が高くなり過ぎるので望ましくな
い。又、膜厚が 1μｍ以上となると、直列抵抗が高くな
るので望ましくなく、膜厚が0.2 μｍ以下となると、発
光輝度が低下するので望ましくない。
濃度は1 ×1014〜 1×1016／cm3 で膜厚は0.2 〜1 μｍ
が望ましい。ホール濃度が 1×1016／cm3 以上となる
と、低キャリア濃度ｎ層４とのマッチングが悪くなり発
光効率が低下するので望ましくなく、 1×1014／cm3 以
下となると、直列抵抗が高くなり過ぎるので望ましくな
い。又、膜厚が 1μｍ以上となると、直列抵抗が高くな
るので望ましくなく、膜厚が0.2 μｍ以下となると、発
光輝度が低下するので望ましくない。
【００２６】更に、高キャリア濃度ｐ+ 層５２のホール
濃度は 1×1016〜 2×1017／cm3 で、膜厚は0.2 μｍが
望ましい。ホール濃度が 2×1017／cm3 以上のｐ+ 層は
できない。1 ×1016／cm3 以下となると、直列抵抗が高
くなるので望ましくない。又、膜厚が0.5 μｍ以上とな
ると、直列抵抗が高くなるので望ましくなく、膜厚が0.
1 μｍ以下となると、ホールの注入効率が減少するので
望ましくない。
濃度は 1×1016〜 2×1017／cm3 で、膜厚は0.2 μｍが
望ましい。ホール濃度が 2×1017／cm3 以上のｐ+ 層は
できない。1 ×1016／cm3 以下となると、直列抵抗が高
くなるので望ましくない。又、膜厚が0.5 μｍ以上とな
ると、直列抵抗が高くなるので望ましくなく、膜厚が0.
1 μｍ以下となると、ホールの注入効率が減少するので
望ましくない。
【００２７】第２実施例 図８において、発光ダイオード１０は、サファイア基板
１を有しており、そのサファイア基板１に500 ÅのAlN
のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２の
上には、順に、膜厚約 3μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、
膜厚約5000Å、電子濃度 1×1016/cm3のノンドープGaN
から成る低キャリア濃度ｎ層４が形成されている。更
に、低キャリア濃度ｎ層４の上には、順に、膜厚約0.5
μｍ、Mg濃度 5×1019/cm3のMgドープGaN から成る低不
純物濃度ｉ層６１、膜厚約0.2 μｍ、Mg濃度 2×1020/c
m3の高不純物濃度ｉ+ 層６２が形成されている。
１を有しており、そのサファイア基板１に500 ÅのAlN
のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２の
上には、順に、膜厚約 3μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、
膜厚約5000Å、電子濃度 1×1016/cm3のノンドープGaN
から成る低キャリア濃度ｎ層４が形成されている。更
に、低キャリア濃度ｎ層４の上には、順に、膜厚約0.5
μｍ、Mg濃度 5×1019/cm3のMgドープGaN から成る低不
純物濃度ｉ層６１、膜厚約0.2 μｍ、Mg濃度 2×1020/c
m3の高不純物濃度ｉ+ 層６２が形成されている。
【００２８】そして、その低不純物濃度ｉ層６１及び高
不純物濃度ｉ+ 層６２の所定領域には、それぞれ、面状
に一度にレーザをパルスにして照射することによりｐ伝
導型化したホール濃度 1×1016/cm3の低キャリア濃度ｐ
層５０１、ホール濃度 2×1017/cm3の高キャリア濃度ｐ
+ 層５０２が形成されている。
不純物濃度ｉ+ 層６２の所定領域には、それぞれ、面状
に一度にレーザをパルスにして照射することによりｐ伝
導型化したホール濃度 1×1016/cm3の低キャリア濃度ｐ
層５０１、ホール濃度 2×1017/cm3の高キャリア濃度ｐ
+ 層５０２が形成されている。
【００２９】又、高不純物濃度ｉ+ 層６２の上面から
は、高不純物濃度ｉ+ 層６２、低不純物濃度ｉ層６１、
低キャリア濃度ｎ層４を貫通して高キャリア濃度ｎ+ 層
３に至る孔１５が形成されている。その孔１５を通って
高キャリア濃度ｎ+ 層３に接合されたニッケルで形成さ
れた電極８１が高不純物濃度ｉ+ 層６２上に形成されて
いる。又、高キャリア濃度ｐ+ 層５０２の上面には、高
キャリア濃度ｐ+ 層５０２に対するニッケルで形成され
た電極７１が形成されている。高キャリア濃度ｎ+ 層３
に対する電極８１は、高キャリア濃度ｐ+ 層５０２及び
低キャリア濃度ｐ層５０１に対して高不純物濃度ｉ+ 層
６２及び低不純物濃度ｉ層６１により絶縁分離されてい
る。
は、高不純物濃度ｉ+ 層６２、低不純物濃度ｉ層６１、
低キャリア濃度ｎ層４を貫通して高キャリア濃度ｎ+ 層
３に至る孔１５が形成されている。その孔１５を通って
高キャリア濃度ｎ+ 層３に接合されたニッケルで形成さ
れた電極８１が高不純物濃度ｉ+ 層６２上に形成されて
いる。又、高キャリア濃度ｐ+ 層５０２の上面には、高
キャリア濃度ｐ+ 層５０２に対するニッケルで形成され
た電極７１が形成されている。高キャリア濃度ｎ+ 層３
に対する電極８１は、高キャリア濃度ｐ+ 層５０２及び
低キャリア濃度ｐ層５０１に対して高不純物濃度ｉ+ 層
６２及び低不純物濃度ｉ層６１により絶縁分離されてい
る。
【００３０】次に、この構造の発光ダイオード１０の製
造方法について説明する。製造工程を示す図９から図１
５は、ウエハにおける１素子のみに関する断面図であ
り、実際には図に示す素子が繰り返し形成されたウエハ
に関して次の製造処理が行われる。そして、最後に、ウ
エハが切断されて各発光素子が形成される。
造方法について説明する。製造工程を示す図９から図１
５は、ウエハにおける１素子のみに関する断面図であ
り、実際には図に示す素子が繰り返し形成されたウエハ
に関して次の製造処理が行われる。そして、最後に、ウ
エハが切断されて各発光素子が形成される。
【００３１】第１実施例と同様にして、図９に示すウエ
ハを製造する。次に、図１０に示すように、高不純物濃
度ｉ+ 層６２の上に、スパッタリングによりSiO2層１１
を2000Åの厚さに形成した。次に、そのSiO2層１１上に
フォトレジスト１２を塗布した。そして、フォトリソグ
ラフにより、高不純物濃度ｉ+ 層６２において高キャリ
ア濃度ｎ+ 層３に至るように形成される孔１５に対応す
る電極形成部位Ａのフォトレジストを除去した。
ハを製造する。次に、図１０に示すように、高不純物濃
度ｉ+ 層６２の上に、スパッタリングによりSiO2層１１
を2000Åの厚さに形成した。次に、そのSiO2層１１上に
フォトレジスト１２を塗布した。そして、フォトリソグ
ラフにより、高不純物濃度ｉ+ 層６２において高キャリ
ア濃度ｎ+ 層３に至るように形成される孔１５に対応す
る電極形成部位Ａのフォトレジストを除去した。
【００３２】次に、図１１に示すように、フォトレジス
ト１２によって覆われていないSiO2層１１をフッ化水素
酸系エッチング液で除去した。次に、図１２に示すよう
に、フォトレジスト１２及びSiO2層１１によって覆われ
ていない部位の高不純物濃度ｉ+ 層６２とその下の低不
純物濃度ｉ層６１と低キャリア濃度ｎ層４と高キャリア
濃度ｎ+ 層３の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電
力0.44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドラ
イエッチングした後、Arでドライエッチングした。この
工程で、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極取出しの
ための孔１５が形成された。次に、図１３に示すよう
に、高不純物濃度ｉ+ 層６２上に残っているSiO2層１１
をフッ化水素酸で除去した。
ト１２によって覆われていないSiO2層１１をフッ化水素
酸系エッチング液で除去した。次に、図１２に示すよう
に、フォトレジスト１２及びSiO2層１１によって覆われ
ていない部位の高不純物濃度ｉ+ 層６２とその下の低不
純物濃度ｉ層６１と低キャリア濃度ｎ層４と高キャリア
濃度ｎ+ 層３の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電
力0.44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドラ
イエッチングした後、Arでドライエッチングした。この
工程で、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極取出しの
ための孔１５が形成された。次に、図１３に示すよう
に、高不純物濃度ｉ+ 層６２上に残っているSiO2層１１
をフッ化水素酸で除去した。
【００３３】次に、図１４に示すように、高不純物濃度
ｉ+ 層６２及び低不純物濃度ｉ層６１の所定領域にの
み、第１実施例で用いたのと同一のレーザ照射装置を用
いてレーザを照射して、それぞれｐ伝導型を示すホール
濃度 2×1017/cm3の高キャリア濃度ｐ+ 層５０２、ホー
ル濃度1 ×1016/cm3の低キャリア濃度ｐ層５０１が形成
された。
ｉ+ 層６２及び低不純物濃度ｉ層６１の所定領域にの
み、第１実施例で用いたのと同一のレーザ照射装置を用
いてレーザを照射して、それぞれｐ伝導型を示すホール
濃度 2×1017/cm3の高キャリア濃度ｐ+ 層５０２、ホー
ル濃度1 ×1016/cm3の低キャリア濃度ｐ層５０１が形成
された。
【００３４】レーザの照射条件は、第１実施例と同一で
ある。この時、高キャリア濃度ｐ+層５０２及び低キャ
リア濃度ｐ層５０１以外の部分、即ち、レーザの照射さ
れなかった部分は、絶縁体の高不純物濃度ｉ+ 層６２及
び低不純物濃度ｉ層６１のままである。従って、高キャ
リア濃度ｐ+ 層５０２及び低キャリア濃度ｐ層５０１
は、縦方向に対しては、低キャリア濃度ｎ層４に導通す
るが、横方向には、周囲に対して、高不純物濃度ｉ+ 層
６２及び低不純物濃度ｉ層６１により電気的に絶縁分離
されている。
ある。この時、高キャリア濃度ｐ+層５０２及び低キャ
リア濃度ｐ層５０１以外の部分、即ち、レーザの照射さ
れなかった部分は、絶縁体の高不純物濃度ｉ+ 層６２及
び低不純物濃度ｉ層６１のままである。従って、高キャ
リア濃度ｐ+ 層５０２及び低キャリア濃度ｐ層５０１
は、縦方向に対しては、低キャリア濃度ｎ層４に導通す
るが、横方向には、周囲に対して、高不純物濃度ｉ+ 層
６２及び低不純物濃度ｉ層６１により電気的に絶縁分離
されている。
【００３５】次に、図１５に示すように、高キャリア濃
度ｐ+ 層５０２と、高不純物濃度ｉ+ 層６２と、高不純
物濃度ｉ+ 層６２の上面と孔１５を通って高キャリア濃
度ｎ+ 層３とに、Ni層２０が蒸着により形成された。そ
して、そのNi層２０の上にフォトレジスト２１を塗布し
て、フォトリソグラフにより、そのフォトレジスト２１
が高キャリア濃度ｎ+ 層３及び高キャリア濃度ｐ+ 層５
０２に対する電極部が残るように、所定形状にパターン
形成した。次に、そのフォトレジスト２１をマスクとし
て下層のNi層２０の露出部を硝酸系エッチング液でエッ
チングし、フォトレジスト２１をアセトンで除去した。
このようにして、図８に示すように、高キャリア濃度ｎ
+ 層３の電極８１、高キャリア濃度ｐ+ 層５０２の電極
７１を形成した。その後、上述のように形成されたウエ
ハが各素子毎に切断された。
度ｐ+ 層５０２と、高不純物濃度ｉ+ 層６２と、高不純
物濃度ｉ+ 層６２の上面と孔１５を通って高キャリア濃
度ｎ+ 層３とに、Ni層２０が蒸着により形成された。そ
して、そのNi層２０の上にフォトレジスト２１を塗布し
て、フォトリソグラフにより、そのフォトレジスト２１
が高キャリア濃度ｎ+ 層３及び高キャリア濃度ｐ+ 層５
０２に対する電極部が残るように、所定形状にパターン
形成した。次に、そのフォトレジスト２１をマスクとし
て下層のNi層２０の露出部を硝酸系エッチング液でエッ
チングし、フォトレジスト２１をアセトンで除去した。
このようにして、図８に示すように、高キャリア濃度ｎ
+ 層３の電極８１、高キャリア濃度ｐ+ 層５０２の電極
７１を形成した。その後、上述のように形成されたウエ
ハが各素子毎に切断された。
【００３６】このようにして製造された発光ダイオード
１０の発光強度を測定したところ、第１実施例と同様
に、10mcd であり、発光寿命は104 時間であった。
１０の発光強度を測定したところ、第１実施例と同様
に、10mcd であり、発光寿命は104 時間であった。
【００３７】第３実施例 図１６に示すように発光ダイオード１０を構成すること
もできる。即ち、バッファ層２の上に、順に、膜厚約0.
2 μｍ、ホール濃度 2×1017/cm3の高キャリア濃度ｐ+
層５２、膜厚約0.5 μｍ、ホール濃度1 ×1015/cm3のMg
ドープGaN から成る低キャリア濃度ｐ層５１が形成され
ている。そして、低キャリア濃度ｐ層５１上に、順に、
膜厚約5000Å、電子濃度 1×1015/cm3のノンドープGaN
から成る低キャリア濃度ｎ層４、膜厚約2.2 μｍ、電子
濃度 2×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キャ
リア濃度ｎ+ 層３が形成されている。
もできる。即ち、バッファ層２の上に、順に、膜厚約0.
2 μｍ、ホール濃度 2×1017/cm3の高キャリア濃度ｐ+
層５２、膜厚約0.5 μｍ、ホール濃度1 ×1015/cm3のMg
ドープGaN から成る低キャリア濃度ｐ層５１が形成され
ている。そして、低キャリア濃度ｐ層５１上に、順に、
膜厚約5000Å、電子濃度 1×1015/cm3のノンドープGaN
から成る低キャリア濃度ｎ層４、膜厚約2.2 μｍ、電子
濃度 2×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キャ
リア濃度ｎ+ 層３が形成されている。
【００３８】そして、高キャリア濃度ｐ+ 層５２に接続
するニッケルで形成された電極７２と高キャリア濃度ｎ
+ 層３に接続するニッケルで形成された電極８２とが形
成されている。電極８２と電極７２とは、高キャリア濃
度ｎ+ 層３、低キャリア濃度ｎ層４及び低キャリア濃度
ｐ層５１に形成された溝９１により電気的に絶縁分離さ
れている。
するニッケルで形成された電極７２と高キャリア濃度ｎ
+ 層３に接続するニッケルで形成された電極８２とが形
成されている。電極８２と電極７２とは、高キャリア濃
度ｎ+ 層３、低キャリア濃度ｎ層４及び低キャリア濃度
ｐ層５１に形成された溝９１により電気的に絶縁分離さ
れている。
【００３９】このように、本実施例は、第１実施例と異
なり、ｐ層とｎ層との基板１に対する堆積順序を逆にし
たものである。製造は第１実施例と同様に行うことがで
きる。
なり、ｐ層とｎ層との基板１に対する堆積順序を逆にし
たものである。製造は第１実施例と同様に行うことがで
きる。
【００４０】第４実施例 図１に示す構造の第１実施例の発光ダイオードにおい
て、高キャリア濃度ｎ+層３、低キャリア濃度ｎ層４、
低キャリア濃度ｐ層５１、高キャリア濃度ｐ+ 層５２
を、それぞれ、Al0.2Ga0.5In0.3Nとした。高キャリア濃
度ｎ+ 層３は、シリコンを添加して電子濃度2 ×1018/c
m3に形成し、低キャリア濃度ｎ層４は不純物無添加で電
子濃度1 ×1016/cm3に形成した。低キャリア濃度ｐ層５
１はマグネシウム(Mg)を添加してレーザを照射して正孔
濃度1 ×1016/cm3に形成し、高キャリア濃度ｐ+ 層５２
は同じくマグネシウム(Mg)を添加してレーザを照射して
正孔濃度 2×1017/cm3に形成した。そして、高キャリア
濃度ｐ+ 層５２に接続するニッケルで形成された電極７
と高キャリア濃度ｎ+ 層３に接続するニッケルで形成さ
れた電極８とを形成した。
て、高キャリア濃度ｎ+層３、低キャリア濃度ｎ層４、
低キャリア濃度ｐ層５１、高キャリア濃度ｐ+ 層５２
を、それぞれ、Al0.2Ga0.5In0.3Nとした。高キャリア濃
度ｎ+ 層３は、シリコンを添加して電子濃度2 ×1018/c
m3に形成し、低キャリア濃度ｎ層４は不純物無添加で電
子濃度1 ×1016/cm3に形成した。低キャリア濃度ｐ層５
１はマグネシウム(Mg)を添加してレーザを照射して正孔
濃度1 ×1016/cm3に形成し、高キャリア濃度ｐ+ 層５２
は同じくマグネシウム(Mg)を添加してレーザを照射して
正孔濃度 2×1017/cm3に形成した。そして、高キャリア
濃度ｐ+ 層５２に接続するニッケルで形成された電極７
と高キャリア濃度ｎ+ 層３に接続するニッケルで形成さ
れた電極８とを形成した。
【００４１】次に、この構造の発光ダイオード１０も第
１実施例の発光ダイオードと同様に製造することができ
る。トリメチルインジウム(In(CH3)3)がTMG 、TMA 、シ
ラン、CP2Mg ガスに加えて使用された。生成温度、ガス
流量は第１実施例と同じである。トリメチルインジウム
を 1.7×10-4モル／分で供給することを除いて他のガス
の流量は第１実施例と同一である。
１実施例の発光ダイオードと同様に製造することができ
る。トリメチルインジウム(In(CH3)3)がTMG 、TMA 、シ
ラン、CP2Mg ガスに加えて使用された。生成温度、ガス
流量は第１実施例と同じである。トリメチルインジウム
を 1.7×10-4モル／分で供給することを除いて他のガス
の流量は第１実施例と同一である。
【００４２】次に、第１実施例と同様に、電子ビーム照
射装置を用いて、上記の高キャリア濃度ｐ+ 層５２及び
低キャリア濃度ｐ層５１に一様にレーザを照射してｐ伝
導型半導体を得ることができた。
射装置を用いて、上記の高キャリア濃度ｐ+ 層５２及び
低キャリア濃度ｐ層５１に一様にレーザを照射してｐ伝
導型半導体を得ることができた。
【図１】本発明の具体的な第１実施例に係る発光ダイオ
ードの構成を示した構成図。
ードの構成を示した構成図。
【図２】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図４】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図５】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図６】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図７】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図８】本発明の具体的な第２実施例に係る発光ダイオ
ードの構成を示した構成図。
ードの構成を示した構成図。
【図９】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図１０】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
た断面図。
【図１１】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
た断面図。
【図１２】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
た断面図。
【図１３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
た断面図。
【図１４】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
た断面図。
【図１５】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
た断面図。
【図１６】本発明の具体的な第３実施例に係る発光ダイ
オードの構成を示した構成図。
オードの構成を示した構成図。
【図１７】MgをドープしたGaN にレーザを照射した部分
と照射しない部分とのフォトルミネッセンス強度の波長
特性を測定した測定図。
と照射しない部分とのフォトルミネッセンス強度の波長
特性を測定した測定図。
１０…発光ダイオード １…サファイア基板 ２…バッファ層 ３…高キャリア濃度ｎ+ 層 ４…低キャリア濃度ｎ層 ５１，５０１…低キャリア濃度ｐ層 ５２，５０２…高キャリア濃度ｐ+ 層 ６１…低不純物濃度ｉ層 ６２…高不純物濃度ｉ+ 層 ７，８，７１，７２，８１，８２…電極 ９，９１…溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 史郎 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 加藤 久喜 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 真部 勝英 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 土居 陽 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内 (72)発明者 加藤 茂 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内 (72)発明者 桑原 拓哉 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 ｎ型の窒素−３族元素化合物半導体(Alx
GaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) からなるｎ層と、
ｐ型の窒素−３族元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=
0,Y=0,X=Y=0を含む) からなるｐ層とを有する窒素−３
族元素化合物半導体発光素子において、 前記ｐ層はマグネシウム(Mg)を添加した後、ウエハの全
面に面状に広がったレーザを照射して形成したことを特
徴とする発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16402293A JPH06350138A (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16402293A JPH06350138A (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06350138A true JPH06350138A (ja) | 1994-12-22 |
Family
ID=15785308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16402293A Pending JPH06350138A (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06350138A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
-
1993
- 1993-06-08 JP JP16402293A patent/JPH06350138A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US7616672B2 (en) | 1994-09-14 | 2009-11-10 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
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